陳德超 ，范金鼎, ，趙海霞 ，顧斌杰，李欣

（1.蘇州科技大學(xué) 環(huán)境科學(xué)與工程學(xué)院，江蘇 蘇州 215009；2.中國(guó)科學(xué)院 南京地理與湖泊研究所，江蘇 南京 210008）

生態(tài)系統(tǒng)完整性（ecosystem integrity）是指生態(tài)系統(tǒng)受外部干擾后，通過(guò)自組織能力仍能維持自身結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性、功能的多樣性和系統(tǒng)的穩(wěn)定性[1]。隨著城市的快速擴(kuò)張和人類活動(dòng)的加劇，自然生態(tài)系統(tǒng)正經(jīng)歷著前所未有的脅迫和影響，反過(guò)來(lái)制約社會(huì)經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展[2]。黨的二十大提出，要統(tǒng)籌考慮生態(tài)系統(tǒng)的完整性、地理單元的連續(xù)性和經(jīng)濟(jì)社會(huì)發(fā)展的可持續(xù)性，加快生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)，發(fā)揮生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力，提升生態(tài)系統(tǒng)多樣性、穩(wěn)定性、持續(xù)性。為實(shí)現(xiàn)區(qū)域/流域生態(tài)系統(tǒng)的穩(wěn)定發(fā)展，生態(tài)系統(tǒng)完整性越來(lái)越受到重視，并被廣泛用于生物多樣性監(jiān)測(cè)、生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)規(guī)劃、應(yīng)對(duì)氣候變化以及土地利用管理[3]，成為生態(tài)系統(tǒng)管理的目標(biāo)和價(jià)值所在。雖然生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)估體系日趨完善，逐步擴(kuò)展為生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)、功能以及過(guò)程等方面[4]，但完整的統(tǒng)一體系尚未形成，以往的評(píng)估更多地停留在指標(biāo)構(gòu)建和初步分析階段。因此，如何構(gòu)建科學(xué)的生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)估框架，明晰制約因子及其驅(qū)動(dòng)機(jī)理仍需進(jìn)一步探究。此外，滇池流域是西南地區(qū)最發(fā)達(dá)的區(qū)域之一，構(gòu)建其生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)估體系并分析時(shí)空變化驅(qū)動(dòng)機(jī)理，可為周邊地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)完整性定量評(píng)估提供一定參考。

生態(tài)系統(tǒng)完整性的概念最早可以追溯到LEOPOLD[5]的有關(guān)土地倫理學(xué)的文章中，但其概念和內(nèi)涵并未得到闡述。隨后KARR 等[6]將生態(tài)系統(tǒng)完整性定義為支持和維持生物群落的平衡狀態(tài)、綜合性以及適應(yīng)性，是使其物種組成和功能組織與區(qū)域內(nèi)自然生境相協(xié)調(diào)的能力，并為學(xué)者普遍接受。MULLER[7]認(rèn)為，如果在一個(gè)小的擾動(dòng)后，能夠維持自組織和穩(wěn)定的狀態(tài)，以及有足夠的適宜能力來(lái)繼續(xù)自組織的發(fā)展，就叫做生態(tài)完整性。李鑫等[8]主張如果一個(gè)地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)能夠保持其結(jié)構(gòu)和功能的復(fù)雜性、自組織能力和多樣性，那么該地區(qū)的生態(tài)系統(tǒng)就具有生態(tài)完整性。王錦東等[9]認(rèn)為流域生態(tài)系統(tǒng)完整性不僅包括生物群落的完整性，還包括其物理和化學(xué)完整性。劉玥[10]則將生態(tài)系統(tǒng)完整性定義為生態(tài)系統(tǒng)具有維持自身結(jié)構(gòu)組織穩(wěn)定，抵抗外來(lái)壓力影響和從外來(lái)影響中恢復(fù)的能力，并能朝著人類所期望的方向持續(xù)進(jìn)化。自生態(tài)系統(tǒng)完整性的概念提出以來(lái)，國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)其開(kāi)展了廣泛研究與討論，主要體現(xiàn)在理論概念的完善和評(píng)價(jià)方法體系的構(gòu)建兩方面。盡管生態(tài)系統(tǒng)完整性的概念至今尚未達(dá)成共識(shí)[11]，但其內(nèi)涵得到了較大的豐富，由早期強(qiáng)調(diào)生物群落完整性的要素層面轉(zhuǎn)向體現(xiàn)自然生態(tài)系統(tǒng)完整性的空間層面，并拓展為綜合考慮人與自然生態(tài)系統(tǒng)相互作用的有機(jī)整體[10]。

而在生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)方面，大多數(shù)研究通過(guò)數(shù)學(xué)方法將不同類型的生態(tài)指標(biāo)轉(zhuǎn)化為綜合指數(shù)[12]。常用的評(píng)估框架主要有生物完整性指數(shù)評(píng)估、物理完整性評(píng)估、化學(xué)完整性評(píng)估、生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)估以及三級(jí)漸進(jìn)評(píng)估。生物完整性指數(shù)評(píng)估主要以對(duì)生態(tài)變化敏感的指示物種構(gòu)建評(píng)估體系，是當(dāng)前學(xué)界較為認(rèn)可的評(píng)價(jià)方法，常用于渾河、渭河等流域生態(tài)完整性評(píng)價(jià)，但多局限于水生生態(tài)系統(tǒng)[1,4,9]。近年來(lái)，三級(jí)漸進(jìn)評(píng)估框架由于數(shù)據(jù)容易獲取、操作快速簡(jiǎn)單而被廣泛應(yīng)用于流域、國(guó)家公園以及保護(hù)區(qū)等中大尺度區(qū)域復(fù)雜生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)估[4]。較多學(xué)者以景觀格局指數(shù)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)完整性進(jìn)行評(píng)價(jià)，但指標(biāo)選取過(guò)程中忽視了生態(tài)系統(tǒng)功能的完整性[8,13]；林海榮[14]采用“壓力—狀態(tài)—響應(yīng)”模型評(píng)估了閩三角地區(qū)生態(tài)系統(tǒng)完整性，考慮了人類活動(dòng)的壓力和響應(yīng)，但忽略了生態(tài)系統(tǒng)過(guò)程和功能的完整；馬曉武等[15]基于耗散結(jié)構(gòu)理論構(gòu)建了“結(jié)構(gòu)—功能—彈性”框架，但指標(biāo)代表性不足，生態(tài)系統(tǒng)功能未能較好地刻畫(huà)；也有學(xué)者以單一生態(tài)系統(tǒng)要素如森林[16]、濕地[17]、灘涂[18]等為研究對(duì)象評(píng)估生態(tài)系統(tǒng)完整性，但缺少結(jié)合地域差異性進(jìn)行空間分布特征及動(dòng)態(tài)變化規(guī)律分析?？傮w上，相關(guān)研究已取得一定成果，但較多集中在生態(tài)系統(tǒng)完整性的指標(biāo)構(gòu)建及其現(xiàn)狀空間分異特征上，對(duì)時(shí)空變化及其驅(qū)動(dòng)機(jī)理的定量化研究較少。因此，亟待從時(shí)空尺度構(gòu)建并優(yōu)化評(píng)價(jià)指標(biāo)體系，探究區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)完整性時(shí)空變化規(guī)律及其驅(qū)動(dòng)機(jī)理，提升對(duì)生態(tài)系統(tǒng)完整性的進(jìn)一步認(rèn)知。

滇池流域是典型的高原湖濱區(qū)域，地處長(zhǎng)江、珠江和紅河三大水系分水嶺地帶，生態(tài)環(huán)境極為脆弱，在區(qū)域生態(tài)安全格局中具有舉足輕重的地位，也是社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展的重要生態(tài)屏障[19-20]。自20 世紀(jì)50 年代以來(lái)，滇池流域快速城鎮(zhèn)化過(guò)程中水土資源的不合理開(kāi)發(fā)利用加劇了生態(tài)環(huán)境破壞，圍湖墾田、礦山開(kāi)采等導(dǎo)致滇池流域生態(tài)系統(tǒng)逐步受到破壞[21]，建設(shè)用地不斷擴(kuò)張，生態(tài)用地面積日益減少，造成景觀破碎化加劇[22]、生境質(zhì)量退化[23]、生態(tài)系統(tǒng)服務(wù)功能下降。在此背景下，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)完整性綜合指數(shù)，把握生態(tài)系統(tǒng)完整性時(shí)空演變的驅(qū)動(dòng)因素及作用機(jī)制，可為流域生態(tài)系統(tǒng)的管護(hù)提供科學(xué)依據(jù)，同時(shí)對(duì)筑牢長(zhǎng)江上游生態(tài)安全屏障、確保生態(tài)系統(tǒng)持續(xù)向好，具有重要的戰(zhàn)略意義。

本文從景觀尺度，基于耗散結(jié)構(gòu)理論和遠(yuǎn)程評(píng)價(jià)方法，構(gòu)建生態(tài)系統(tǒng)完整性綜合指數(shù)，揭示2000—2020年滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性時(shí)空演變特征，全面分析地形、氣候、人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)完整性的動(dòng)態(tài)影響，并探究各因子及其交互作用對(duì)滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性的影響程度與作用機(jī)制，從而為滇池流域生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)以及可持續(xù)發(fā)展提供支撐。

1 研究區(qū)概況

滇池流域（圖1）位于102°30′～103°02′E、24°28′～25°23′N(xiāo)，屬云貴高原中部，西有橫斷山脈，東鄰滇東高原，北靠烏蒙山和梁王山，地勢(shì)由北向南呈階梯狀下降，呈南北長(zhǎng)、東西窄的湖盆地，平均海拔1 900 m，具有鮮明的高原地貌自然景觀。流域?qū)儆趤啛釒Ъ撅L(fēng)濕潤(rùn)性氣候，年均溫度不足15 ℃，降水季節(jié)變化突出，年均降水量935 mm。流域面積約2 920 km2，主要包括昆明市五華、盤(pán)龍、西山、官渡、呈貢和晉寧6 個(gè)區(qū)，是昆明人口最密集、城鎮(zhèn)化率最高、經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平最高的區(qū)域[24-25]。流域以14%的土地承載了全市64%的人口和77%的GDP[23]。然而，隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，流域生態(tài)系統(tǒng)日益遭受破壞、生態(tài)服務(wù)功能逐步退化等問(wèn)題已經(jīng)成為制約滇池流域可持續(xù)發(fā)展的瓶頸因素，從全流域角度對(duì)近20 年來(lái)的生態(tài)系統(tǒng)完整性時(shí)空變化進(jìn)行科學(xué)評(píng)價(jià)與分析顯得尤為迫切與必要。

圖1 滇池流域在昆明市的位置及其行政區(qū)劃圖

2 研究方法與數(shù)據(jù)來(lái)源

2.1 生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)

生態(tài)系統(tǒng)完整性通常用描述生態(tài)系統(tǒng)組成和功能性質(zhì)的多個(gè)生態(tài)指標(biāo)組成的綜合指數(shù)進(jìn)行評(píng)價(jià)[12]。在已有研究的基礎(chǔ)上，基于景觀生態(tài)學(xué)理論，建立由生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、功能以及彈性所構(gòu)成的指標(biāo)體系，對(duì)生態(tài)系統(tǒng)完整性進(jìn)行綜合評(píng)價(jià)。

2.1.1 結(jié)構(gòu)完整性測(cè)算

生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)完整性主要體現(xiàn)在景觀異質(zhì)性和景觀連通性兩方面[26]。景觀異質(zhì)性主要通過(guò)Shannon均勻度指數(shù)（SHEI）和平均斑塊分形維數(shù)（MPFD）表示，景觀連通性由蔓延度指數(shù)（CONTAG）和連接指數(shù)（CONNECT）表征[27-29]。為避免移動(dòng)窗口大小設(shè)置不合理而增加景觀格局空間異質(zhì)性，選取1 200 m 作為移動(dòng)窗口尺寸進(jìn)行計(jì)算[30-31]。

2.1.2 功能完整性測(cè)算

生態(tài)系統(tǒng)功能是確保生態(tài)系統(tǒng)完整性的關(guān)鍵，表征指標(biāo)主要包括物質(zhì)平衡（儲(chǔ)存能力、養(yǎng)分損失）、能量平衡（能量捕獲、熵產(chǎn)生、代謝效率）、水量平衡（水流）等[17]。選用凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）表征物質(zhì)—能量平衡，并基于水量平衡方程，采用生態(tài)系統(tǒng)水源涵養(yǎng)量作為水量平衡的表征指標(biāo)[32-33]。具體公式為：

式中：Q為水源涵養(yǎng)量（mm），P為降水量（mm），ET為地表蒸散發(fā)（mm），R為地表徑流量（mm）[34]。

2.1.3 生態(tài)系統(tǒng)彈性測(cè)算

生態(tài)系統(tǒng)彈性反映土地利用變化引起的區(qū)域氣候、土壤和生物多樣性等環(huán)境因子的變化，是生態(tài)系統(tǒng)受到外部干擾后維持內(nèi)部穩(wěn)定的能力，與多樣性指數(shù)有關(guān)，采用生態(tài)彈性度進(jìn)行測(cè)度。具體公式為：

式中：Er為生態(tài)彈性度；Si為地物i的覆被面積占總面積的比例（%）；Hi為多樣性指數(shù)；n為地物數(shù)量；Pi為地物i的彈性分值，不同土地利用類型采用不同的彈性分值[35-38]（表1）。

表1 不同土地利用類型的彈性分值

2.1.4 綜合測(cè)算與分區(qū)評(píng)價(jià)

為消除量綱影響，將生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整性、功能完整性以及生態(tài)系統(tǒng)彈性等指標(biāo)進(jìn)行歸一化處理，參考已有研究賦予各指標(biāo)相應(yīng)權(quán)重[15]（表2）。計(jì)算公式為：

表2 生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)指標(biāo)及權(quán)重

式中：E為生態(tài)系統(tǒng)完整性綜合指數(shù)；B1為生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整性，B2為生態(tài)系統(tǒng)功能完整性，B3為生態(tài)系統(tǒng)彈性。

為分析生態(tài)系統(tǒng)完整性的空間分異特征，將生態(tài)系統(tǒng)完整性綜合指數(shù)劃分為低（0～0.2）、較低（0.2～0.4）、中等（0.4～0.5）、較高（0.5～0.6）、高（0.6～1）5 個(gè)等級(jí)。為進(jìn)一步刻畫(huà)生態(tài)系統(tǒng)完整性的空間變化，采用自然間斷點(diǎn)法將變化程度劃分為顯著降低、降低、不變、增加、顯著增加5 個(gè)等級(jí)。

2.2 生態(tài)系統(tǒng)完整性時(shí)空變化驅(qū)動(dòng)力定量研究

生態(tài)系統(tǒng)完整性受自然和人文社會(huì)經(jīng)濟(jì)等多種因素的綜合影響。選擇地理探測(cè)器模型探測(cè)滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性時(shí)空分異的驅(qū)動(dòng)因素。該模型通過(guò)探究自變量對(duì)因變量的解釋程度，揭示因變量空間分布特征及其背后的驅(qū)動(dòng)力，常被用來(lái)分析各種現(xiàn)象的驅(qū)動(dòng)力和影響因子以及多因子交互作用[39]。其表達(dá)式為：

式中：q表示影響因素解釋率，取值范圍為0～1，q值越大則解釋率越強(qiáng)；X和Y變量疊加在Y方向形成L層，用h=1,2,…,L表示；Nh和N分別為子區(qū)域h和全區(qū)的樣本數(shù)；和σ2分別是子區(qū)域h和全區(qū)域Y的離散方差。

驅(qū)動(dòng)因子的選取主要考慮研究區(qū)人文社會(huì)經(jīng)濟(jì)等要素與自然生態(tài)要素特征，以高程（X1）、坡度（X2）表征地形地貌因子，年均降雨量（X3）、年均氣溫（X4）表征氣候因子，人口密度（X5）、地區(qū)生產(chǎn)總值（X6）、土地利用類型（X7）表征人類活動(dòng)因子，分析生態(tài)系統(tǒng)完整性空間分異的影響因素及其作用。

2.3 數(shù)據(jù)來(lái)源及處理

文中涉及數(shù)據(jù)主要有滇池流域土地利用類型、人口密度及地區(qū)生產(chǎn)總值等人文社會(huì)經(jīng)濟(jì)要素，地形地貌、氣候變化等自然生態(tài)要素。其中，滇池流域土地利用數(shù)據(jù)來(lái)源于GlobleLand 30，全球地理信息公共產(chǎn)品（http://www.globallandcover.com/），分辨率為30 m，根據(jù)流域?qū)嶋H及研究需要，將土地利用類型劃分為耕地、森林、灌木地、草地、濕地、水體以及建設(shè)用地7 類。凈初級(jí)生產(chǎn)力（NPP）數(shù)據(jù)來(lái)源于NASA 官網(wǎng)MOD17A3HGF數(shù)據(jù)，空間分辨率為500 m。氣溫、降雨量和蒸散發(fā)數(shù)據(jù)由周邊氣象站點(diǎn)插值生成。DEM 高程數(shù)據(jù)來(lái)自地理空間數(shù)據(jù)云（https://www.gscloud.cn/），空間分辨率為30 m。人口密度數(shù)據(jù)來(lái)源于WorldPop 官網(wǎng)（https://www.worldpop.org/），空間分辨率為100 m。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)總值（GDP）數(shù)據(jù)來(lái)源于2001—2021 年各區(qū)（縣）統(tǒng)計(jì)年鑒，社會(huì)經(jīng)濟(jì)數(shù)據(jù)采用2010 年不變價(jià)處理。為保持相同的空間分辨率，將不同來(lái)源、不同類型的數(shù)據(jù)統(tǒng)一重采樣為30 m。文中涉及的空間數(shù)據(jù)分析處理均采用ArcGIS軟件，景觀指數(shù)利用Fragstats 軟件計(jì)算得出。

3 研究結(jié)果

3.1 生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)結(jié)果

2000—2020 年，滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性總體先降低后增加（圖2），但整體略有下降，綜合指數(shù)由2000年的0.490 1 下降到2020 年的0.483 9。其中，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整性均值持續(xù)降低，由2000 年的0.630 3 下降為2020 年的0.624 5，景觀異質(zhì)性先降低后增加，而連通性則先增加后降低，流域景觀經(jīng)歷了從破壞到恢復(fù)的過(guò)程，但同類景觀斑塊之間依舊被分割，景觀破碎化未得到有效遏制。生態(tài)系統(tǒng)功能完整性得到改善，由2000年的0.447 2 上升為2020 年的0.449 5，但改善程度有限。其中，表征物質(zhì)能量平衡的NPP 指標(biāo)均值先增加后降低，整體變化較小，流域生態(tài)系統(tǒng)物質(zhì)和能量基本處于平衡狀態(tài)；水量平衡指標(biāo)均值先下降后上升，生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)能力有所提升，但總體變化不顯著。生態(tài)系統(tǒng)彈性先增加后降低，總體呈下降趨勢(shì)（0.295 8～0.280 9），生態(tài)系統(tǒng)的抗干擾能力和恢復(fù)能力減弱。綜合各指標(biāo)變化可知，生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整性的降低和生態(tài)系統(tǒng)彈性的減弱是20 年間滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性下降的主要表現(xiàn)。

圖2 2000—2020年滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性指標(biāo)變化

3.2 生態(tài)系統(tǒng)完整性時(shí)空變化

滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性分布具有較大的空間異質(zhì)性（圖3）。以高和較高完整性區(qū)域?yàn)橹鲗?dǎo)，2000 年、2010 年和2020 年占比分別為55.10%、50.98%和51.62%（表3），但總體呈下降趨勢(shì)，較高區(qū)域主要分布于滇池流域北部和南部山區(qū)，少量分布在東部的呈貢區(qū)和官渡區(qū)，高區(qū)域主要集中在盤(pán)龍區(qū)、官渡區(qū)、晉寧區(qū)的山區(qū)。低生態(tài)系統(tǒng)完整性區(qū)域集中分布在滇池北部主城區(qū)中心，面積占比最低，2000 年、2010 年和2020 年分別為10.15%、11.18%、15.53%，呈逐年擴(kuò)張趨勢(shì)；較低區(qū)域主要分布在主城區(qū)周邊以及環(huán)滇池地區(qū)，且隨城市發(fā)展逐步轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜕鷳B(tài)系統(tǒng)完整性地區(qū)，面積占比從2000年的21.74%下降到2020 年的17.92%；中等區(qū)域零散分布在東部和南部地區(qū)，占比呈現(xiàn)先上升后下降，雖然總體有所提高，但只有1.92%?？傮w上，滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性具有明顯的集聚特征，主城區(qū)生態(tài)系統(tǒng)完整性普遍較低，且隨著城市擴(kuò)張以及人類活動(dòng)的增強(qiáng)，低值區(qū)向周邊擴(kuò)散；人類活動(dòng)干擾小的山區(qū)完整性普遍較高，且隨著生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)力度加大，完整性逐步提高。

表3 滇池流域不同等級(jí)生態(tài)系統(tǒng)完整性分布面積及占比

圖3 2000—2020年滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性空間分布圖

滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性存在明顯的區(qū)域間轉(zhuǎn)移現(xiàn)象。其中，2000—2010 年，流域內(nèi)主要以高生態(tài)系統(tǒng)完整性區(qū)域向較高、較高生態(tài)系統(tǒng)完整性區(qū)域向中等轉(zhuǎn)移為主，轉(zhuǎn)移面積分別為121.78 km2、205.05 km2，轉(zhuǎn)移特征較為單一，生態(tài)系統(tǒng)完整性有所降低；2010—2020年，不同生態(tài)系統(tǒng)完整性地區(qū)轉(zhuǎn)移活動(dòng)較為劇烈，較低生態(tài)系統(tǒng)完整性區(qū)域大量轉(zhuǎn)移為低生態(tài)系統(tǒng)完整性區(qū)域、較高生態(tài)系統(tǒng)完整性區(qū)域轉(zhuǎn)移為中等生態(tài)系統(tǒng)完整性區(qū)域，轉(zhuǎn)移面積分別為113.07 km2、104.75 km2，生態(tài)系統(tǒng)完整性明顯降低；同時(shí)，大量的中等生態(tài)系統(tǒng)完整性區(qū)域轉(zhuǎn)移為較高生態(tài)系統(tǒng)完整性區(qū)域、較高生態(tài)系統(tǒng)完整性區(qū)域轉(zhuǎn)移為高生態(tài)系統(tǒng)完整性區(qū)域，面積分別為135.57 km2、197.13 km2。可見(jiàn)，滇池流域生態(tài)系完整性轉(zhuǎn)移趨勢(shì)加劇，但提升區(qū)域面積大于降低區(qū)域，生態(tài)系統(tǒng)完整性整體呈轉(zhuǎn)好趨勢(shì)。

總體上看，2000—2020 年，滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性增加的區(qū)域面積最多（圖4、圖5），占30.11%，主要分布在滇池流域北部、南部以及東部等人口密度低、人類活動(dòng)較少的區(qū)域，表現(xiàn)為較高生態(tài)系統(tǒng)完整性轉(zhuǎn)變?yōu)楦呱鷳B(tài)系統(tǒng)完整性。顯著增加的區(qū)域面積最小，僅5.20%，多為中等生態(tài)系統(tǒng)完整性提升為較高生態(tài)系統(tǒng)完整性，主要分布在環(huán)湖生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)較強(qiáng)及面山修復(fù)工程較多的地區(qū)，少量分布在呈貢區(qū)南部、盤(pán)龍區(qū)南部以及晉寧區(qū)北部。降低的區(qū)域較為零散地分布在各區(qū)，以較高生態(tài)系統(tǒng)完整性轉(zhuǎn)移為中等生態(tài)系統(tǒng)完整性為主，占26.81%。顯著降低的區(qū)域較小，只有9.43%，主要位于主城區(qū)南部與滇池北部之間，集中在官渡區(qū)和呈貢區(qū)臨湖一側(cè)，多為較低生態(tài)系統(tǒng)完整性轉(zhuǎn)變?yōu)榈蜕鷳B(tài)系統(tǒng)完整性。不變的區(qū)域集中分布在主城區(qū)以及滇池湖體。

圖4 2000—2020年滇池流域不同等級(jí)生態(tài)系統(tǒng)完整性轉(zhuǎn)移矩陣

圖5 2000—2020年滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性變化

3.3 生態(tài)系統(tǒng)完整性驅(qū)動(dòng)機(jī)理

皮爾遜相關(guān)分析初步表明，生態(tài)系統(tǒng)完整性與高程和坡度因子呈正相關(guān)關(guān)系，高海拔和坡度一定程度上限制了人類活動(dòng)的影響，使生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能完整性得以保持。在氣候因子中，生態(tài)系統(tǒng)完整性與降雨呈正相關(guān)，與氣溫呈負(fù)相關(guān)。降雨量的增加活躍了流域水循環(huán)，維持了物質(zhì)和能量平衡，使得生態(tài)系統(tǒng)功能增強(qiáng)。而高溫不僅影響植物的生長(zhǎng)發(fā)育及生理生化過(guò)程，還影響水量以及物質(zhì)能量的平衡。

不同人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)完整性的影響有所差異，人口密度、地區(qū)生產(chǎn)總值的增加造成生態(tài)系統(tǒng)完整性降低，土地利用類型的轉(zhuǎn)變對(duì)生態(tài)系統(tǒng)完整性的影響具有兩面性。一方面，耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榱值?、耕地轉(zhuǎn)變?yōu)椴莸匾约安莸剞D(zhuǎn)變?yōu)榱值?，使得生態(tài)系統(tǒng)功能和彈性得以增強(qiáng)，完整性提高，在總貢獻(xiàn)率中占比分別達(dá)25.87%、20.94%和27.94%（圖6）。而且退耕還林、退耕還濕等生態(tài)建設(shè)政策及項(xiàng)目的不斷增加（圖7），推動(dòng)生態(tài)系統(tǒng)完整性進(jìn)一步提高。另一方面，部分用地類型的轉(zhuǎn)變則會(huì)降低生態(tài)系統(tǒng)的完整性。如耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地降低生態(tài)系統(tǒng)完整性的貢獻(xiàn)高達(dá)71.55%，成為驅(qū)動(dòng)滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性變化的主導(dǎo)因素；其次是草地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，貢獻(xiàn)率占13.25%。

圖6 2000—2020年滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性變化的主要土地利用類型貢獻(xiàn)率

圖7 2000—2020年滇池流域生態(tài)保護(hù)修復(fù)相關(guān)政策及項(xiàng)目

3.4 生態(tài)系統(tǒng)完整性時(shí)空變化驅(qū)動(dòng)機(jī)理

生態(tài)系統(tǒng)完整性時(shí)空變化受多種因素共同驅(qū)動(dòng)。自然生態(tài)要素決定著生態(tài)系統(tǒng)完整性的空間分布，人類活動(dòng)等社會(huì)經(jīng)濟(jì)因素是短期內(nèi)影響生態(tài)系統(tǒng)完整性變化的主導(dǎo)力量。

單因子影響分析表明（表4），不同時(shí)期人類活動(dòng)對(duì)滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性的影響最顯著。其中，土地利用類型影響最大且逐步增強(qiáng)；地形地貌、氣候變化影響次之。地形地貌中高程因子的影響較大，2000 年、2010年和2020 年的q值分別為0.253、0.290 和0.415，呈上升趨勢(shì)。氣候因子中年均氣溫影響較大，而且呈逐年增加趨勢(shì)。2000—2010 年，滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性變化較為單一，各因子影響程度變化不大，隨著人類活動(dòng)以及氣候變化的影響加劇，生態(tài)系統(tǒng)完整性變化趨于復(fù)雜（圖4），2020 年各因子的解釋力度顯著增強(qiáng)，高程、氣溫、土地利用類型仍是影響生態(tài)系統(tǒng)完整性空間分布的主導(dǎo)因素。在生態(tài)系統(tǒng)演化過(guò)程中，起初地形地貌和氣候變化共同決定了生態(tài)系統(tǒng)完整性的空間分布特征，隨著強(qiáng)度的加大，人類活動(dòng)影響逐漸超越了地形地貌、氣候等自然要素，并且影響程度逐步增強(qiáng)。

表4 2000—2020年滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性單因子探測(cè)

交互作用探測(cè)結(jié)果顯示，2000—2020 年63 對(duì)交互組合中以雙因子增強(qiáng)類型為主，表明滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性時(shí)空分異并不是單一因子影響造成的，而是多因子交互耦合作用的結(jié)果（圖8）。如高程（X1）∩土地利用類型（X7）、年均降雨量（X3）∩地區(qū)生產(chǎn)總值（X6）、年均氣溫（X4）∩土地利用類型（X7）對(duì)2000 年和2010 年生態(tài)系統(tǒng)完整性空間分布的解釋力最高，年均降雨量（X3）∩土地利用類型（X7）、年均氣溫（X4）∩土地利用類型（X7）、地區(qū)生產(chǎn)總值（X6）∩土地利用類型（X7）對(duì)2020 年的生態(tài)系統(tǒng)完整性空間分布的解釋力最強(qiáng)?？梢?jiàn)，土地利用類型與其他因子間的交互作用影響比較顯著?？傮w上，地形地貌、氣候變化以及人類活動(dòng)的交互作用對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的空間格局演變過(guò)程有著顯著影響，且三者的交互作用逐步增強(qiáng)。

圖8 2000—2020年滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性影響因子交互作用熱力圖

4 討論

科學(xué)評(píng)估流域生態(tài)系統(tǒng)完整性有利于快速識(shí)別區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)發(fā)展的優(yōu)劣勢(shì)，為因地制宜開(kāi)展保護(hù)修復(fù)工作、進(jìn)行生態(tài)系統(tǒng)管理提供決策依據(jù)。已有的生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)多集中在水生生態(tài)系統(tǒng)，而有關(guān)區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)完整性的評(píng)價(jià)較多依賴景觀格局指數(shù)，更多反映的是土地利用變化，弱化了生態(tài)系統(tǒng)功能、過(guò)程以及恢復(fù)能力的研究。馬曉武等[15]構(gòu)建的“結(jié)構(gòu)—功能—彈性”框架兼顧了生態(tài)系統(tǒng)功能和抵抗外來(lái)干擾的恢復(fù)能力，但結(jié)構(gòu)指標(biāo)構(gòu)建中夸大了異質(zhì)性，削弱了連通性對(duì)生態(tài)系統(tǒng)完整性的作用，此外，總蒸散發(fā)指標(biāo)僅為水量平衡中的一環(huán)，更多反映的是土地利用狀況[40]，用以表征水量平衡存在較大的不確定性。因此，本文引入連接度指數(shù)和蔓延度指數(shù)作為連通性指標(biāo)，降低了結(jié)構(gòu)完整性評(píng)價(jià)高估異質(zhì)性的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)，基于水量平衡方程構(gòu)建的水源涵養(yǎng)模型能更好地刻畫(huà)生態(tài)系統(tǒng)水循環(huán)過(guò)程，評(píng)價(jià)結(jié)果更科學(xué)合理。

自然生態(tài)要素是影響流域生態(tài)系統(tǒng)完整性最重要的因子。不僅僅由于地形決定土地利用方式，同時(shí)適宜的氣溫和高程為植被的生長(zhǎng)與恢復(fù)提供了有利條件[41]。因此，在對(duì)滇池流域土地資源優(yōu)化配置過(guò)程中，還應(yīng)當(dāng)充分結(jié)合地形要素和水熱條件，如在中高海拔區(qū)域宜林則林、宜草則草，在低海拔區(qū)域則適當(dāng)開(kāi)展還林還草工作以提升生態(tài)用地比例。研究還發(fā)現(xiàn)人類活動(dòng)對(duì)滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性影響較大，ZELENY 等[42]認(rèn)為農(nóng)業(yè)種植是提升區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)完整性的顯著因子，與本文耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地會(huì)降低生態(tài)系統(tǒng)完整性的結(jié)論一致。耕地轉(zhuǎn)變?yōu)榻ㄔO(shè)用地，人類活動(dòng)增強(qiáng)，會(huì)加劇生態(tài)系統(tǒng)破碎化，使生態(tài)系統(tǒng)功能受損、生態(tài)系統(tǒng)彈性降低、生態(tài)系統(tǒng)完整性下降。LI 等[18]同樣認(rèn)為人類活動(dòng)是生態(tài)系統(tǒng)完整性變化的主要驅(qū)動(dòng)因素，而且不同強(qiáng)度的人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)完整性的影響不同，如滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性總體好轉(zhuǎn)，而長(zhǎng)三角地區(qū)則呈降低趨勢(shì)[15]。長(zhǎng)三角地區(qū)2020 年人均GDP 為11.74 萬(wàn)元/人，人口密度656 人/km2，分別是滇池流域的1.45 倍、1.67 倍，高強(qiáng)度的人類活動(dòng)會(huì)直接或間接地加大生態(tài)系統(tǒng)的破壞，造成生態(tài)系統(tǒng)完整性降低。因此，滇池流域應(yīng)當(dāng)統(tǒng)籌協(xié)調(diào)社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展與生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)，優(yōu)化經(jīng)濟(jì)發(fā)展路徑，提高土地資源利用效率，規(guī)避人類活動(dòng)強(qiáng)度增大導(dǎo)致生態(tài)系統(tǒng)完整性下降的風(fēng)險(xiǎn)。

此外，研究發(fā)現(xiàn)，流域部分區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)完整性明顯提升，得益于大量生態(tài)保護(hù)修復(fù)政策和項(xiàng)目的實(shí)施（圖7）。因此，對(duì)于低生態(tài)系統(tǒng)完整性區(qū)域，應(yīng)當(dāng)制定科學(xué)的保護(hù)修復(fù)規(guī)劃，優(yōu)化土地利用結(jié)構(gòu)，提高生態(tài)用地比例，增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)的自我修復(fù)能力；對(duì)于高生態(tài)系統(tǒng)完整性區(qū)域，嚴(yán)守生態(tài)保護(hù)紅線，加大生態(tài)監(jiān)管力度，防止生態(tài)系統(tǒng)退化，避免完整性的下降。隨著經(jīng)濟(jì)的復(fù)蘇與城鎮(zhèn)化的推進(jìn)，建設(shè)用地的擴(kuò)張是必然趨勢(shì)，生態(tài)系統(tǒng)的保護(hù)和修復(fù)將面臨更大困難與挑戰(zhàn)，因此，未來(lái)應(yīng)提高政策管理因素的正向引導(dǎo)作用。

基于遙感的生態(tài)指標(biāo)綜合評(píng)價(jià)方法簡(jiǎn)單快捷，不受數(shù)據(jù)精度和實(shí)地?cái)?shù)據(jù)收集難等方面的限制。但目前區(qū)域生態(tài)系統(tǒng)完整性評(píng)價(jià)采用的遠(yuǎn)程評(píng)價(jià)大都針對(duì)陸地生態(tài)系統(tǒng)，將湖泊、河流等水體納入整個(gè)生態(tài)系統(tǒng)，構(gòu)建更加全面的指標(biāo)體系，進(jìn)行科學(xué)評(píng)估是后續(xù)需要拓展與深入研究的工作。

5 結(jié)論和建議

5.1 結(jié)論

本文得出以下主要結(jié)論：①隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性先降低后增加，完整性降低的區(qū)域占36.24%，提高的區(qū)域占35.31%，總體呈下降趨勢(shì)。生態(tài)系統(tǒng)完整性下降主要表現(xiàn)在生態(tài)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)完整性明顯降低、生態(tài)系統(tǒng)彈性顯著減弱兩個(gè)方面。②整個(gè)流域的生態(tài)系統(tǒng)完整性具有明顯的集聚效應(yīng)。低完整性區(qū)域集中分布在人口與社會(huì)經(jīng)濟(jì)發(fā)展集中的北部中心城區(qū)，高完整性區(qū)域主要分布在資源稟賦較好、生態(tài)用地較多的山區(qū)，并且呈現(xiàn)明顯的兩極分化趨勢(shì)，即完整性差的地區(qū)更差、好的地區(qū)更好。③生態(tài)系統(tǒng)完整性時(shí)空格局變化受地形、氣候和人類活動(dòng)交互作用的影響，與高程、坡度以及降雨因子呈正相關(guān)關(guān)系，與氣溫、人口密度以及地區(qū)生產(chǎn)總值呈負(fù)相關(guān)關(guān)系，土地利用變化的影響則具有雙重性。自然稟賦是生態(tài)系統(tǒng)完整性的基礎(chǔ)，氣候變化和人類活動(dòng)是造成生態(tài)系統(tǒng)完整性格局變化的關(guān)鍵因素。

5.2 建議

基于上述研究結(jié)論，得出以下幾點(diǎn)建議：①因地制宜，加快實(shí)施生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)和修復(fù)工程。滇池流域生態(tài)系統(tǒng)完整性總體上仍低于20 年前，要實(shí)現(xiàn)流域自然生態(tài)系統(tǒng)狀況根本好轉(zhuǎn)，生態(tài)系統(tǒng)質(zhì)量明顯改善，亟待開(kāi)展完整性降低區(qū)域的生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)工作。此外，研究結(jié)果也表明生態(tài)系統(tǒng)保護(hù)修復(fù)力度增加對(duì)生態(tài)系統(tǒng)完整性提升起重要作用。因此，要以主體功能區(qū)為基礎(chǔ)，依托重點(diǎn)生態(tài)功能區(qū)、生態(tài)保護(hù)紅線、自然保護(hù)地等，堅(jiān)持宜林則林、宜草則草、宜濕則濕，科學(xué)系統(tǒng)地實(shí)施保護(hù)修復(fù)手段，提高生態(tài)系統(tǒng)完整性水平。②加強(qiáng)生態(tài)文明建設(shè)，優(yōu)化區(qū)域生態(tài)安全格局。流域生態(tài)系統(tǒng)完整性存在顯著的空間異質(zhì)性，北部中心城區(qū)較差，四周山體較好。因此，應(yīng)積極完善生態(tài)管理的相關(guān)政策及法律規(guī)定，明確發(fā)展和保護(hù)的關(guān)系，促進(jìn)生態(tài)文明的理念深入人心。同時(shí)，必須統(tǒng)籌山水林田湖草沙等自然生態(tài)各要素，優(yōu)化區(qū)域景觀格局，推進(jìn)生物多樣性保護(hù)和自然保護(hù)地體系建設(shè)，從而增強(qiáng)生態(tài)系統(tǒng)循環(huán)能力、維持區(qū)域生態(tài)平衡。③強(qiáng)化國(guó)土空間規(guī)劃和用途管制。研究結(jié)果表明人類活動(dòng)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)完整性的影響遠(yuǎn)大于氣候等自然條件，長(zhǎng)期高強(qiáng)度開(kāi)發(fā)會(huì)對(duì)生態(tài)系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)和功能帶來(lái)不同程度損害。因此，要發(fā)揮國(guó)土空間規(guī)劃的管制作用，堅(jiān)持生態(tài)優(yōu)先，牢牢守住耕地和永久基本農(nóng)田、生態(tài)保護(hù)紅線等空間管控底線，降低人為活動(dòng)干擾強(qiáng)度，推行流域內(nèi)森林、河流、湖泊、濕地的休養(yǎng)生息，以資源節(jié)約集約利用支撐高質(zhì)量發(fā)展。